南京航空航天大学研发新型超级电容器，或可实现无人机“机身即电池”
南京航空航天大学朱孔军教授团队近期研发出一种新型碳纤维结构超级电容器，这项技术有望实现无人机“机身即电池”，为突破传统无人机在续航与载重之间难以兼顾的瓶颈提供了创新路径。相关研究成果已发表于国际知名期刊《先进材料》。
随着国家“双碳”战略的推进，无人机在机场巡检、城市物流配送等场景中应用日益广泛。目前，大多数无人机采用航空级碳纤维复合材料制造机身，其密度仅为钢材的四分之一，强度却是钢材的七倍，能够显著降低整机重量。
然而，传统电池系统的重量限制了进一步减重的可能性。研究表明，一款载重5公斤的物流无人机，其电池重量往往高达3公斤，并需额外增加约0.5公斤配重以保持飞行稳定。为了延长飞行距离，一些企业不得不削减货物载量，这种取舍往往造成运营效率的下降。
在参加一次国际会议时，朱孔军教授首次接触到“结构储能一体化”的理念，由此受到启发，开始思考是否可以将无人机机身本身作为储能装置。随后，他带领团队着手开发能够储能的碳纤维结构。
在朱孔军的指导下，南京航空航天大学2023级硕士研究生周恒将碳纤维电极与环氧树脂基固体电解质结合，尝试构建一种既能承载结构负荷又能储存电能的装置。经过近百次实验，团队最终成功制备出符合性能要求的样品。
“还原氧化石墨烯如同‘电流高速公路’，让电子快速流动；而钒氧化物则像是‘能量仓库’，具备更高的储能密度。”朱孔军表示，“只需在碳纤维表面涂覆一层薄膜，即可大幅提升其储能能力。”
“与传统储能设备在受压后性能下降不同，我们的材料在压力下表现更佳。”周恒补充道，材料在受压时结构更加紧密，有助于提高电子传输效率。此外，该材料还展现出较强的抗破坏能力，即使被刀片划破或钻孔，仍能正常运作。
更为灵活的是，这些储能结构模块可以像搭积木一般根据需求自由组合：需要提升电压时可进行串联，需要增加容量时则可并联。